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Génomique et médecine personnalisée

L'essor de la génomique

L'intégralité du génome humain a été séquencée, de manière globale, au début des années 2000, dans le cadre d'un projet scientifique d'ampleur inédite. 3 milliards de bases (nucléotides) ont ...

Mercure et environnement

Un comité international de scientifiques a produit une évaluation mondiale du mercure pour l'UNE (Nations Unies pour l'environnement). Le rapport de 2018 démontre une augmentation significative du mercure dans l'atmosphère avec une ...

La bouche artificielle

Comprendre le rôle de la bouche

Tous les jours, plusieurs fois par jour, la bouche effectue la manducation. La manducation est l'action qui regroupe les opérations antérieures à la digestion que sont la préhension, la mastication, l'insalivation, la ventilation et la déglutition.

Nouvelle exploration du sol martien

© NASA/JPL-Caltech

Douzième mission du programme Discovery de la NASA, et unique mission de 2018, InSight (INterior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) a été lancée le 5 mai 2018 et arrivera à destination de Mars le 26 novembre prochain. Son but est d'affiner ...

Des bactéries résistantes aux radiations

© DR / KAERI / A. De Groot

Des rayons nocifs

La radioactivité se caractérise par l'émission de rayonnements alpha, bêta et gamma. Les dommages induits par ces rayonnements ionisants ...

Le nouvel or vert

Fabien Esculier, chercheur à l’École des Ponts ParisTech, a récemment publié les résultats de ses recherches portant sur une gestion alternative des urines et matières fécales. Ces recherches font partie du programme OCAPI (Optimisation des cycles Carbone, Azote et Phosphore en ville) qui ...

BepiColombo

(C) ESA. BepiColombo
La mission spatiale BepiColombo, lancée le 20 octobre 2018, depuis le Centre Spatial de Kourou en Guyane, se dirige vers Mercure.

Deux orbiteurs pour étudier Mercure

Après les sondes américaines Mariner10 en 1973 et Messenger ...

Lasers à l'honneur pour le Prix Nobel 2018

Arthur Ashkin a été primé pour l'invention des «pinces optiques», dont le principe repose sur l'utilisation des forces liées à la réfraction d’un faisceau laser en milieu transparent. Cette force va alors permettre de maintenir et de déplacer des objets microscopiques, voire nanoscopiques tels des atomes, des virus, des bactéries et autres cellules vivantes.
L'avantage de cette technique est qu'elle est non-destructive : les faisceaux lasers peuvent atteindre les éléments internes d'une cellule sans en détruire la membrane. C'est pourquoi elle est très utilisée en biologie où des chercheurs ont, par exemple, réussi à sonder et mesurer les forces entre des particules et l'élasticité de l'ADN ou encore à désobstruer des vaisseaux sanguins.

 

La seconde moitié du Prix a été attribuée à Gérard Mourou, professeur et membre du Haut-collège de l’École polytechnique et Donna Strickland de l'Université de Waterloo, au Canada, pour avoir conjointement élaboré une méthode de génération d’impulsions optiques ultra-courtes de haute intensité.

Dans les années 1980, l'amplification des faisceaux lasers semblait marquer le pas.
La technique mise au point par Mourou et Strickland se nomme «amplification par impulsions» (chirped pulse amplification, CPA). Elle consiste à étirer une brève impulsion laser dans le temps, à l'amplifier puis à la comprimer à nouveau. Le fait d'allonger l'impulsion réduit sa puissance de crête, ce qui permet de l'amplifier sans endommager le dispositif. L'impulsion est ensuite comprimée dans un temps plus court, ce qui augmente considérablement son intensité. Ces impulsions ultra-courtes ont une durée de quelques dizaines de femto-secondes (1fs = 10-15 s), et disposent d'une très haute puissance de l'ordre du pétawatt (1PW=1015 W).

Cette découverte a contribué à l’avancement de la science dans plusieurs domaines de la physique en permettant notamment de fabriquer des lasers de plus en plus intenses pour sonder la matière. Grâce à la précision de coupe obtenue grâce à des impulsions brèves et intenses, la technique CPA a permis des avancées dans le domaine de la chirurgie réfractive de l’œil et du traitement de la cataracte. Elle a également conduit à l'observation de phénomènes ultrarapides tels que les phases transitoires de réactions chimiques.

Publié le 04/10/2018

En savoir plus :

Sur les pinces optiques :
https://www.photoniques.com/articles/photon/pdf/2013/04/photon201366p45.pdf

Sur la CPA :
http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article382
http://www.cea.fr/multimedia/Documents/infographies/impulsions-lasers-femtoseconde-attoseconde_defis-du-cea.pdf

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Des imprimantes pour réparer le genou
Pour faciliter la réparation des genoux, la bio-impression d'hydrogel ouvre la voie à des implants biocompatibles, adaptés à chaque cas et à terme peu coûteux.

Le ménisque, un cartilage précieux

Le genou humain est un mécanisme complexe, dont la blessure se montre handicapante, ainsi que difficile et coûteuse à réparer. Chacun de nos genoux possède deux ménisques, des petits cartilages situés entre le fémur et le tibia sans s’interposer complètement entre les deux os. Le ménisque se compose de deux couches complémentaires, un milieu rigide et une couche extérieure douce. En laissant persister un contact entre le cartilage du fémur et celui du tibia, le ménisque amortit et stabilise le genou, en autorisant des déplacements.

Contrairement à l'os, innervé et vascularisé, le cartilage est un tissu qui se régénère peu et cicatrise difficilement. Les genoux blessés nécessitent donc souvent une intervention chirurgicale, comprenant le retrait du ménisque endommagé et le remplacement par des implants. Ceux-ci sont en général incompatibles avec les tissus biologiques environnants, car formés de plastique. De plus, ils constituent une réplique inadaptée de l’original, en terme de solidité et d'élasticité.

Des implants en bio-impression

Un candidat privilégié pour le développement d'implants biocompatibles, sur-mesure et peu coûteux est l’hydrogel. Les hydrogels sont des polymères, constitués en grande partie d’eau et aussi flexibles que les tissus vivants. Dans cette optique, une équipe de chercheur·euse·s travaillent à combiner un hydrogel solide et un hydrogel extensible, afin d’obtenir un biomatériau aussi proche du cartilage que possible. Une argile de nanoparticules a été ajoutée à l'hydrogel, de manière à rendre la substance souple en cas de tension avant de se durcir rapidement.

L’hydrogel, imprimable en trois dimensions, permet aux bio-ingénieurs de créer des pièces de rechange artificielles sur mesure. En utilisant des modèles virtuels des parties du corps d’un patient à partir d’une tomographie par ordinateur ou d’une analyse d’imagerie par résonance magnétique, les chirurgien·ne·s peuvent fournir des implants qui correspondent à l’original. Un ménisque de remplacement avec le nouvel hydrogel a pu être imprimé par l'équipe à bas prix en seulement un jour. Ces implants nouvelle génération devraient, à terme, permettre de reconstituer intégralement une articulation abîmée.

En savoir plus

Un hydrogel analogue au cartilage pour des implants de genou imprimables en 3D, sur InfoHightech

La bio-impression, sur Sciences en ligne

Imprimer de la peau artificielle, sur Sciences en ligne

Réparer le cartilage, un dossier de l'INSERM

Arthur Jeannot
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